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Unité IV : Régulation de l'expression génique - Biologie

Unité IV : Régulation de l'expression génique - Biologie


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La régulation est l'expression contrôlée des fonctions des gènes. Cela peut être fait de plusieurs manières, mais celles-ci peuvent être regroupées en deux classes. Le niveau d'activité enzymatique peut être régulé par une modification non covalente ou covalente d'une protéine. La quantité de protéine peut également être régulée. Cette dernière classe de régulation peut être exercée à n'importe quelle étape de la voie d'expression génique ou pendant le renouvellement des protéines. Pour de nombreux (peut-être la plupart) gènes, le principal niveau de régulation de l'expression se situe au niveau de la transcription, et la quatrième partie de ce cours se concentrera principalement sur cela. Cependant, le contrôle post-transcriptionnel est également important dans de nombreux gènes, et cela sera également discuté.

  • 15 : Contrôle positif et négatif de l'expression des gènes
    Un opéron est un groupe de gènes régulés de manière coordonnée. Il comprend des gènes de structure (généralement des enzymes codant), des gènes régulateurs (codants, par exemple des activateurs ou des répresseurs) et des sites de régulation (tels que des promoteurs et des opérateurs).
    • 15.E : Contrôle positif et négatif de l'expression des gènes (Exercices)
  • 16 : Régulation de la transcription via des effets sur les ARN polymérases
    • 16.E : Régulation de la transcription via les effets sur les ARN polymérases (Exercices)
  • 17 : Régulation transcriptionnelle du bactériophage lambda
  • 18 : Régulation transcriptionnelle après initiation
    Bien que la régulation de l'initiation de la transcription semble être un facteur dominant dans le contrôle de l'expression de nombreux gènes, l'importance de la régulation après l'initiation est de mieux en mieux appréciée dans un nombre et une variété croissants de systèmes.
    • 18.E : Régulation transcriptionnelle après initiation (Exercices)
  • 19 : Régulation transcriptionnelle chez les eucaryotes
    Divers gènes actifs peuvent être transcrits à des taux distincts, principalement déterminés par les différences de taux d'initiation. Cela produit finalement l'abondance caractéristique de chaque ARNm, allant de très élevée à très faible.
    • 19.E : Régulation transcriptionnelle chez les eucaryotes (Exercices)
  • 20 : Régulation transcriptionnelle via les altérations de la chromatine
    La chromatine, et non l'ADN nu, est le substrat de la transcription, de la réplication, de la recombinaison, de la réparation et de la condensation au cours de la mitose et de la méiose. Ainsi, l'étendue du compactage de la chromatine dans les différents états affectera la capacité des facteurs de transcription, des polymérases, des enzymes de réparation et de la machinerie de recombinaison à accéder à ce substrat. Une chromatine plus ouverte et accessible est associée à une plus grande activité transcriptionnelle.
    • 20.E : Régulation transcriptionnelle via les altérations de la chromatine (Exercices)

Unité IV : Régulation de l'expression génique - Biologie

C2006/F2402 '14 PLAN DE COURS # 12

(c) 20 14 Dr Deborah Mowshowitz, Université Columbia, New York, NY . Dernière mise à jour 04/03/2014 15:24

Les PPt affichés au début du cours ("Combien de personnes sont mortes ?") sont publiés sur Courseworks.
La correction de la terminologie dans la section IV-B a été faite après le cours du matin -- les changements sont marqués en bleu .

I. Régulation globale de l'expression des gènes eucaryotes -- Que faut-il faire pour fabriquer plus ou moins d'une protéine ? Une protéine différente ? Quelles étapes peuvent être régulées ?

A. Si les cellules fabriquent des protéines différentes, comment est-ce contrôlé ? Si deux cellules eucaryotes (du même organisme multicellulaire) fabriquent des protéines différentes, qu'est-ce qui est (généralement) différent entre elles ?

Exemples: Les cellules de l'oviducte de poulet fabriquent de l'ovalbumine - les globules rouges de poulet fabriquent de la globine *
Les cellules hépatiques humaines fabriquent la transferrine - les précurseurs humains des globules rouges fabriquent la globine

*Remarque : les globules rouges de poulet, contrairement aux globules rouges humains, ont des noyaux

La question: Qu'est-ce qui est différent entre les deux types de cellules de poulet? Ou les deux types de cellules humaines ?

1 . L'ADN est-il différent ? (Non, sauf dans les cellules du système immunitaire et les gamètes.)

2. L'état de la chromatine est-il différent ? (Oui -- voir l'expérience décrite sur RP 5 ou Becker 23-24 (23-17).)

3. L'ARNm est-il différent ? (Oui).

Une conséquence -- bibliothèques d'ADNc. ADNc = ADN complémentaire = ADN fabriqué in vitro par des enzymes (y compris la transcriptase inverse), à ​​partir d'une matrice d'ARNm. Étant donné que l'ARNm est différent dans différents tissus, vous pouvez obtenir des séquences spécifiques aux tissus à partir d'une bibliothèque d'ADNc. (Bibliothèque d'ADNc = collection de tous les ADNc d'un type de cellule particulier.) L'ADN de chaque type de cellule est le même ARNm et par conséquent l'ADNc ne l'est pas. Voir Becker fig. 23-19 (23-20).

Pour un problème concernant les bibliothèques d'ADN et d'ADNc, voir 14A-6.

4. Pourquoi l'ARNm est-il différent ?

une. La transcription est généralement différente. Voir les notes du dernier cours. Seuls les gènes sélectionnés sont transcrits dans chaque type de cellule, et les ARN de ces gènes sont traités pour produire de l'ARNm. (Pour une expérience qui montre cela, voir la figure 23-18 (23-19) dans Becker.)

b. Le traitement peut être différent : L'épissage et le traitement des mêmes transcrits primaires peuvent être différents (dans des cellules différentes ou à des moments différents). Différents ARNm (et donc protéines) peuvent être produits à partir du même transcrit par épissage alternatif et/ou addition de poly A. Détails et exemple ci-dessous et sur les documents 12-A et 12-B).

B. Comment contrôler la quantité de protéine synthétisée ? Si la cellule fabrique plus ou moins de protéines, quelle(s) étape(s) sont régulées ?

1. En procaryote (à titre de comparaison) -- processus relativement simple.

une. La plupart des régulations à la transcription.

b. La traduction dans le même compartiment que la traduction de transcription suit automatiquement.

c. La plupart des ARNm ont une demi-vie courte.

2. En eucaryote -- L'expression des gènes a beaucoup plus d'étapes et de complications que chez les procaryotes -- plus de points de régulation supplémentaires -- pas seulement au niveau de la transcription. Voir Becker fig. 23-10 (23-11) ou Sadava fig. 16,7 (16,13).

une. La transcription est le principal point de contrôle, mais d'autres étapes sont souvent également réglementées.

b. La transcription et la traduction se produisent dans des compartiments séparés. La traduction ne suit pas automatiquement.

(1). 2. Le relevé de notes doit être traité (coiffé, épissé, polyadénylé, etc.) - n'importe laquelle de ces étapes peut être régulée, et il existe plusieurs façons de traiter la plupart des transcrits primaires. (Exemple ci-dessous.)

(2). L'ARNm doit être transporté vers le cytoplasme.

(3). La traduction peut être régulée (indépendamment de la transcription) -- peut contrôler l'utilisation et/ou le devenir de l'ARNm, pas seulement la fourniture d'ARNm. Pour tout ARNm particulier, peut réguler 1 ou les deux des éléments suivants :

(une). Taux d'initiation -- peut contrôler la fréquence à laquelle les ribosomes s'attachent et démarrent la traduction.

(b). Taux de dégradation -- peut contrôler la demi-vie de l'ARNm.

c. Différents ARNm eucaryotes ont des demi-vies différentes. Certains ARNm ont une longue durée de vie et certains ont une demi-vie très courte.

ré. Les protéines doivent atteindre leur destination (noyau, mitochondries, ER, etc.) -- comment cela fonctionne a été couvert dans les conférences précédentes.

C. Une fois la protéine fabriquée, comment l'activité de la protéine est-elle régulée ? Il existe plusieurs modes de régulation post-traductionnelle. Détails ci-dessous.

II. Traitement des transcrits d'ARNm eucaryote Une fois la transcription commencée, que faut-il pour obtenir un ARNm eucaryote fonctionnel ? Tous les détails nécessaires sont inclus ici et sur le document, mais l'épissage a été discuté le trimestre dernier et ne sera couvert que brièvement en classe.

A. Casquettes et poly A -- Voir le document 12A.

La plupart des transcrits eucaryotes qui seront utilisés comme ARNm doivent être modifiés aux deux extrémités (ainsi qu'épissés) avant de pouvoir être transportés vers le cytoplasme et utilisés pour la traduction. Un "cap" est généralement ajouté à l'extrémité 5' et une "queue poly A" à l'extrémité 3'. Voir Sadava 14.9 (14.10). Les étapes impliquées sont indiquées sur le document 12A. (Les numéros ci-dessous correspondent aux étapes sur le document.)

1 Début de la transcription.

une. Début: Le début de la transcription est généralement indiqué par une flèche courbée.

b. Symboles : Les zones encadrées de l'ADN = exons ADN simple entre eux = intron.

une. Qu'est-ce qu'une casquette ? Un G modifié est ajouté à l'extrémité 5' de la transcription peu de temps après le début de la transcription, alors que la transcription est toujours en cours.

b. Comment le plafond est-il ajouté ? Le G est ajouté "à l'envers", donc il y a une connexion de 5' à 5'. (Pour les curieux : la structure de la coiffe et comment elle est connectée à la transcription est montrée dans vos textes voir fig. Becker fig. 21-17 (21-18.)

c. Symboles : Le capuchon est représenté sur le document par un cercle plein.

3 La transcription se poursuit jusqu'à ou légèrement au-delà de la fin du gène ou de l'unité de transcription.

une. Un arrêt fixe ? Il peut n'y avoir aucun arrêt fixe pour la transcription chez les eucaryotes (pour la production de la plupart des ARNm), l'ajout de poly A (voir ci-dessous) peut déterminer l'extrémité 3' exacte du transcrit.

b. Poly A : La plupart des ARNm eucaryotes, mais pas tous, contiennent du poly A.

c. Rappel: chez les eucaryotes, la production d'ARNr et d'ARNt est réalisée par différentes ARN polymérases qui ont des propriétés quelque peu différentes. ces ARN n'ont pas de poly A. (Pour plus de détails, voir les textes.)

4 & 5. Polyadénylation. Voir Becker fig. 21-18 (21-19).

une. Qu'est-ce qu'une queue polyA ? Une queue poly A - une chaîne de A de quelques centaines de long - est ajoutée à l'extrémité 3' de l'ARN.

b. Croissance de la queue polyA : La croissance est de 5' à 3' en utilisant l'ATP, l'enzyme et la séparation du pyrophosphate comme d'habitude. Aucun modèle n'est utilisé.

c. Séquence d'ajout : La séquence AAUAAA est le signal pour que l'enzyme appropriée coupe le transcrit un peu en aval et ajoute la chaîne de A. (En aval = dans la direction 3' sur l'ARNm ou le brin sens.)

ré. Qu'est-ce qui n'est pas codé dans l'ADN ? Les A à l'extrémité 3' et le G de la coiffe ne sont pas codés dans l'ADN matrice.

e. Horaire: Sur le document clivage du transcrit = étape 4 ajout de poly A = étape 5. Ces deux étapes peuvent se produire simultanément.

F. Il peut y avoir plus d'un site possible pour l'ajout de poly A. Par conséquent, l'extrémité 3' de l'ARNm peut varier. Un exemple est considéré ci-dessous.

6. Configuration pour l'épissage. Rien n'est arrivé à l'ARN à l'étape 6, sauf qu'il a été marqué pour indiquer les exons et les introns (afin que nous puissions expliquer l'épissage).

une. Horaire: Au moment où le transcrit est libéré de l'ADN, il a déjà un capuchon à l'extrémité 5' et une queue poly A à l'extrémité 3'. Cet ARN - modifié aux deux extrémités mais non épissé - est généralement appelé transcrit primaire ou pré-ARNm. Voir Becker fig. 21-20 (21-22).

b. Terminologie: Certains textes font référence à l'ARN non modifié comme transcrit primaire, mais un tel état n'existe pas vraiment, puisque le pré-ARNm est modifié avant d'être libéré de l'ADN.

c. L'ARN est maintenant prêt pour l'épissage (étapes 7 à 9 sur le document). Remarque : L'épissage peut commencer avant l'ajout de polyA, voir ci-dessous.

B. Épissage de l'ARNm eucaryote -- Révision du dernier trimestre (tous les détails ne seront pas couverts en classe)

1. Une image typique d'un gène avec des introns et des exons (pour référence) . L'image ci-dessous montre une section du brin sens de l'ADN qui comprend un gène avec 3 exons et 2 introns. (L'image sur le document a 2 exons et un intron.) Conventions :

L'image sur le document montre de l'ADN double brin, mais les gènes sont souvent montrés comme dans l'image ci-dessous, avec seulement le brin sens réellement dessiné.

La transcription commencerait à l'extrémité 5' (gauche) de l'exon 1 et irait vers la droite.

Caractéristiques importantes de l'intron : point de branchement, site d'épissage 5' (également appelé site donneur) et site d'épissage 3' (également appelé site accepteur). Ceux-ci ne sont affichés que pour le premier intron. Voir aussi fig. 21-20 (21-22) dans Becker ou Sadava fig. 14.10 (14.11).

Terminologie : "le site donneur et accepteur" décrit l'épissage du point de vue de l'exon "le site d'épissage 5' et 3'" le décrit du point de vue de l'intron.

Notez également que la région à gauche de l'exon 1 n'est PAS un intron - elle ne fait pas partie du gène. Il fait partie d'un espaceur entre ce gène et le précédent.


2. Détails d'épissage -- Voir en bas du document 12A

une. Caractéristiques générales

(1). L'épissage de chaque intron se fait en 3 étapes (voir document, étapes 7-9). A chaque étape, les parties du transcrit sont maintenues en place par le spliceosome. Les étapes sont répétées pour l'épissage de chaque intron - de nombreux ARN ont de nombreux introns. Les détails sont ci-dessous.

(2). TerminologieLa jonction d'épissage à l'extrémité 5' d'un intron est appelée 5' ou site donneur, la jonction d'épissage à l'extrémité 3' d'un intron est appelée 3' ou site accepteur.

b. Étapes d'épissage. Voir le document 12A en bas. Voir aussi Becker fig. 21-22 (21-24) ou Sadava 14.10 (14.11). Toutes les étapes sont catalysées par le spliceosome, comme suit :

(1) Étape 7 -- Le transcrit d'ARN forme une boucle pour l'élimination de l'intron.

(2). Étape 8 -- Couper à l'extrémité 5' de l'intron

(une). Le site d'épissage 5' (site donneur) est clivé

(b). l'extrémité libre de l'intron (extrémité 5' de l'intron) se fixe au point de ramification au milieu de l'intron, formant une structure en forme de lariat.

(3). Étape 9 - jonction des exons

(une). Le site donneur 5' se fixe au site accepteur 3', joignant les deux exons et libérant l'intron sous forme de lariat.

(b). Le lariat sera dégradé et les nucléotides seront recyclés.

(c). L'ARN contenant les exons (sans les introns) sera transporté vers le cytoplasme et traduit.

c. N.B : Les procaryotes n'ont pas d'introns et n'ont pas la machinerie nécessaire pour les éliminer.

3. Les exons et les régions traduites coïncident-ils ? Voir schéma au bas de 12A. Bilan du dernier trimestre :

  • Les exons comprennent les régions 5' et 3' non traduites ainsi que les régions traduites.

  • Les exons et les régions codantes des acides aminés ne coïncident pas, car il existe des sections supplémentaires non traduites dans l'ARNm.

  • Les exons et les régions d'ARNm coïncident.

b. Les exons ne sont pas = séquences codant pour les protéines , comme le suggèrent certains textes. (Le diagramme de Sadava fig. 14.8 (14.7) est incorrect.) Les exons incluent des séquences codant pour les protéines, mais aussi des séquences (UTR) qui sont représentées dans l'ARNm mais ne codent pas pour les acides aminés. (Les diagrammes Sadava n'ont pas d'UTR.)

(1). Dirigeants. À l'extrémité 5' de l'ARNm, il y a une région 5' non traduite (UTR) ou un leader avant que la traduction ne commence (avant le premier AUG). L'ADN codant pour cette région est transcrit et l'ARN n'est pas épissé, mais cette région de l'ARNm n'est pas traduite. L'UTR 5' est codée dans un ou plusieurs exons.

( 2). Bandes annonces. À l'extrémité 3' de l'ARNm, il y a un UTR ou une remorque 3' qui se trouve après le codon d'arrêt. L'ADN codant pour cette région est transcrit et l'ARN n'est pas épissé, mais cette région de l'ARNm n'est pas traduite. La 3'UTR est codée dans un ou plusieurs exons.


III. Réglementation au moment de l'épissage -- Résultats du traitement alternatif

A. Il existe deux façons d'obtenir une collection de protéines similaires

1. Familles de gènes -- plusieurs gènes similaires existent en raison de la duplication et de la divergence des gènes. Exemple : les gènes de la globine constituent une famille. Différents membres de la famille codent pour la myoglobine, les chaînes bêta, les chaînes alpha, les chaînes delta, etc. D'autres familles de gènes comprennent les familles GLUT, SGLT et IF (fillament intermédiaire).

2. Épissage ou traitement alternatif (voir ci-dessous) -- un seul gène, mais un transcrit primaire épissé de plusieurs manières. Exemples : fibronectine, anticorps solubles et membranaires.

B. Le génome vs le protéome -- Vous pouvez obtenir de nombreux ARNm différents à partir d'un seul gène par les processus énumérés ci-dessous. Par conséquent, le nombre de protéines possibles (le protéome) dépasse largement le nombre de gènes possibles (le génome). Processus qui produisent différents ARNm :

1. Commencer la transcription à différents moments

2. Fin de la transcription (ajout de poly A) à différents points

3. Épissage de différentes sections du transcrit primaire - épissage alternatif. Voir Becker fig. 21-23 (21-25). Ce qui est considéré comme un « intron » ou un « exon » peut varier selon la manière dont le transcrit primaire est épissé.

C. Un exemple de traitement alternatif -- Production d'anticorps (immunoglobline) dans les cellules B. Voir le document 12B et Becker fig. 23-30 (21-31) -- comment obtenir un anticorps soluble ou lié à la membrane à partir d'un traitement alternatif du même transcrit. (Voir Sadava fig. 16.22 pour un autre exemple.)

1. L'anticorps peut être lié à la membrane ou sécrété. Le devenir de l'anticorps dépend du fait que le peptide a ou non une séquence hydrophobe près d'une extrémité. La séquence hydrophobe peut ancrer la protéine dans la membrane - devient une séquence transmembranaire (TM).

une. Si Ab a une séquence TM potentielle : La section hydrophobe se verrouille dans la membrane du RE lorsque la protéine est fabriquée. Les vésicules bourgeonnent du RE et les protéines traversent la cellule en tant que partie de la vésicule. La protéine reste dans la membrane de la vésicule. Lorsque la vésicule fusionne avec la membrane plasmique, Ab reste dans la membrane.

b. Si Ab n'a pas de MT : Ab pénètre dans la lumière du RE lorsque la protéine est fabriquée. La vésicule bourgeonne hors du RE et la protéine se retrouve dans la lumière de la vésicule. Lorsque la vésicule fusionne avec la membrane plasmique, Ab est sécrété.

2. Gene a deux sites d'addition polyA alternatifs. Lequel est utilisé détermine l'emplacement final de la protéine.

une. Option 1: Si le site d'addition poly A #1 (au début de "l'intron 4") est utilisé, la protéine ne contient pas de séquence TM potentielle hydrophobe et la protéine est sécrétée. (Remarque : "intron 4" est épissé dans l'option 2, mais le début de "intron 4" est inclus dans l'ARNm de l'option 1.)

b. Option 2: Si l'autre site d'addition poly A (à la fin de l'exon 6) est utilisé, la protéine contient une séquence hydrophobe codée par les exons 5 et 6, qui devient une séquence TM, et la protéine reste dans la membrane plasmique.

c. Terminologie: Le site d'addition poly A n°1 est généralement considéré comme étant dans un intron car il peut être épissé (dans l'option 2). Alternativement, il peut être considéré comme une extension de l'exon #4 (dans l'option 1).

3. L'ARNm peut être épissé et/ou poly A ajouté de deux manières alternatives. L'emplacement de la protéine (anticorps) dépend du fait que l'épissage de l'intron 4 ou l'addition de poly A se produisent en premier. Les deux processus (épissage et addition de polyA) se produisent simultanément. Soit

une. Les enzymes poly A ajoutant y arrivent avant le spliceosome. Dans ce cas, poly A est ajouté au site #1 près de l'extrémité de l'exon 4, et le reste de l'intron 4 (et le reste du gène) n'est jamais transcrit, ou

b. Le spliceosome arrive en premier . Dans ce cas, Intron 4 est transcrit et épissé avant que poly A puisse être ajouté. (Dans ce cas, poly A est ajouté à la fin de l'exon 6.)

4. Pourquoi 2 formes d'anticorps sont-elles nécessaires ?

une. Forme d'anticorps liée à la membrane : Sert de récepteur pour l'antigène = piège pour détecter quand l'antigène est présent. La liaison de l'antigène (ligand) à l'anticorps (récepteur) sert de déclencheur pour commencer à sécréter l'anticorps.

b. Forme sécrétée (soluble) : Agit en tant qu'effecteur - remplit une fonction majeure du système immunitaire - se lie à l'antigène soluble dans les fluides corporels et déclenche la destruction de l'antigène de plusieurs manières.

Pour revoir la réglementation et l'épissage alternatif, essayez les problèmes 4-13 et 4-14.

IV. Règlement à la traduction.

A. Comment contrôler le taux de traduction ? En principe:

1. Peut réguler la demi-vie de l'ARNm (contrôle du taux de dégradation).

une. Chez les procaryotes, la plupart des ARNm ont une courte durée de vie de 1/2 chez les eucaryotes, ce n'est pas nécessairement le cas.

b.Différents ARNm eucaryotes ont des demi-vies très différentes.

2. Peut réguler le taux d'initiation de la traduction (contrôlez l'efficacité avec laquelle la traduction commence).

B. Quelques exemples célèbres de réglementation de la traduction. (Les principes sont plus importants que les détails, mais des diagrammes se trouvent sur le document 12C pour faciliter la prise de notes.)

  • Fonction : La ferritine est une protéine intracellulaire qui stocke l'excès de fer. (La transferrine et son récepteur ont été discutés dans la section sur le RME.)
  • Globalement : Le système de régulation est similaire à l'induction/répression, mais c'est la traduction, et non la transcription, qui est affectée par la protéine régulatrice.
  • Ceci est un autre exemple de contrôle des coordonnées. Il existe ici un facteur agissant en trans (protéine régulatrice), mais les deux ARNm ont la même séquence agissant en cis.
  • Voir Becker, fig. 23-31 & 23-32 (23-33 & 23-34) si vous êtes curieux de connaître les détails.

*Une question à laquelle réfléchir : la protéine régulatrice se lie à l'ARNm de la protéine B à l'extrémité 5' (blocage de l'initiation) et à l'ARNm de la protéine A à l'extrémité 3' (blocage de la dégradation), comme indiqué sur le polycopié 12C. Compte tenu des informations ci-dessus, quelle est la protéine A et quelle est la protéine B ? Lequel est la ferritine et lequel est le récepteur de la transferrine ? Vous pouvez vérifier votre réponse dans Becker ou en utilisant ce diagramme.

  • En l'absence d'hème, une inhibition se produit et la traduction est bloquée. Pas de globine produite.
  • L'hème bloque l'inhibition. Par conséquent, en présence de l'hème, la traduction se poursuit. L'hème soulage le blocage en traduction, et la globine est fabriquée.

2. Utilisation d'un ARN régulateur -- ARN interférence (ARNi)

une. Les facteurs agissant en trans peuvent être de l'ARN . Tous les facteurs de régulation ne sont pas des protéines - certains sont des ARN courts. (Ceux-ci sont généralement dérivés d'ARN double brin - voir les figures Becker 23-33 et 23-34 (23-35 et 23-36.)

b. Comment un ARN court affecte-t-il la traduction ?

(1). Inhibition (cas habituel) : le petit ARN se lie à l'ARNm → Formation d'ARN double brin. Cela déclenche la dégradation et/ou l'inhibition de la traduction de l'ARNm.

(2). Stimulation : Certains cas récents ont été découverts dans lesquels un petit ARN se lie à l'ARNm et « régule vers le haut » la traduction. Mécanisme encore inconnu.

c. Utilisation dans le règlement : Les cellules produisent naturellement des micro-ARN qui se lient aux ARNm et régulent la traduction comme ci-dessus. L'utilisation d'ARN régulateurs courts pour bloquer la traduction semble être importante pendant la régulation du développement. Voir Becker fig. 23-34 (23-36).

ré. Utilisation dans le laboratoire comme outil : Appelé ARNi = ARN interférence. L'utilisation d'ARN court double brin (ds) ajouté artificiellement pour bloquer la transcription * /translation et désactiver les gènes est très courant. (Voir Becker fig. 23-33 [23-35].) Les enzymes de la cellule convertissent l'ARN ds ajouté en ARN simple brin court qui interfère avec la traduction et/ou la transcription* comme en b. Même effet que l'ajout d'ARN antisens (mais fonctionne mieux). Fire & Mello a reçu le prix Nobel de physiologie ou médecine 2006 pour la découverte de l'ARNi.

* Nous nous sommes concentrés sur les effets de l'ARNi sur la traduction. Cependant, certains ARN courts peuvent inhiber la transcription en affectant l'état de la chromatine - ils pourraient stimuler la méthylation des histones et/ou de l'ADN.

V. Règlement post-traductionnel. N'oubliez pas : la régulation se produit également après la traduction - une fois les protéines fabriquées, leur activité peut être modulée, comme pour EIF2 ci-dessus. De nombreux exemples de modification post-traductionnelle sont déjà apparus et d'autres seront discutés plus tard. Voici un résumé (principalement un avis) :

A. Modification covalente. Les protéines peuvent être modifiées de manière covalente de manière réversible ou permanente. Quelques exemples:

1. réversiblement -- par phosphorylation et déphosphorylation, acétylation et désacétylation, etc.

2. Irréversiblement -- par élimination de la met N-terminale, addition de sucres -- glycosylation, etc.

B. Modification non covalente. Les protéines peuvent être activées ou inhibées par la liaison non covalente réversible d'autres facteurs - effecteurs allostériques de petites molécules, d'autres protéines telles que la calmoduline (une importante protéine de liaison au Ca 2+ qui sera discutée plus tard), etc.

C. Dégradation. Les protéines peuvent être sélectivement détruites ou « retournées ».

1. Les demi-vies varient. Toutes les protéines n'ont pas la même demi-vie.

2. Importance : Exemple important d'une famille de protéines qui ont toutes une courte demi-vie = les cyclines contrôlent la progression dans le cycle cellulaire. Différentes cyclines contrôlent les transitions de G1 à S, G2 à M, etc. Les cyclines sont fabriquées selon les besoins et dégradées immédiatement après utilisation.

3. ARNm vs protéine : Le terme « demi-vie » peut faire référence à la stabilité de la ARNm ou la stabilité du protéine. Les ARNm et les protéines amp peuvent avoir des demi-vies courtes ou longues. Pour les cyclines, les ARNm des protéines et les protéines elles-mêmes (les cyclines) sont dégradées après utilisation. Plus d'informations à ce sujet lorsque nous couvrirons les détails du cycle cellulaire.

4. Rôle des protéasomes : La plupart des protéines cellulaires à dégrader sont marquées avec de multiples molécules d'ubiquitine et brisées en protéasomes. (Becker, fig. 23-35 ou Sadava fig. 16.25 (16.24) ). Voir les notes de la leçon 8 de pour plus de détails sur les protéasomes.

D. Emplacement. Les protéines peuvent être activées ou inhibées par un changement de localisation. Par exemple, les transporteurs comme GLUT4 ne fonctionnent que s'ils sont positionnés dans la membrane plasmique s'ils sont séquestrés dans des vésicules ils sont inactifs. Le transport du glucose dans la cellule peut être régulé en déplaçant le GLUT4 dans et hors de la membrane.


IV. Introduction à la signalisation
(Chapitre 7 de Sadava, Chap. 14 de Becker. Références détaillées la prochaine fois.)

A. Gros problèmes

1. En quoi consiste la signalisation ?

une. Comment les messages sont-ils envoyés d'une cellule à l'autre ?
b. Comment les signaux sont-ils reçus ?
c. Comment les signaux produisent-ils une réponse dans la cellule cible ?

2. Comment se produit la transduction du signal ? Comment un signal de à l'extérieurproduire une réponse à l'intérieur la cellule cible ?

une. Comment les signaux sont-ils transmis à travers les membranes ?
b. Comment l'amplification du signal est-elle réalisée ?

3. Pourquoi s'embêter avec la signalisation ? Pourquoi est-ce?

une. C'est nécessaire pour que les événements dans un organisme multicellulaire puissent être coordonnés.
b. Il ne suffit pas de réguler ce que fait une cellule !

B. Méthode habituelle -- une cellule sécrète des molécules de signal qui se lient à un récepteur sur (ou à l'intérieur) d'une cellule cible → amplification → effet important dans la cellule cible. Types d'amplification :

1. Ouverture des canaux ioniques -- l'ouverture de quelques-uns (canaux dépendants du ligand) déclenche l'ouverture de plus (canaux dépendants de la tension), ce qui provoque un grand changement dans les concentrations d'ions et l'activité des protéines.

2. Cascades de modifications -- par exemple, ajouter des phosphates à des enzymes qui sont des kinases ou des phosphatases, les activer, pour qu'elles modifient plus de protéines, et ainsi de suite.

3. Affectant la transcription et/ou la traduction -- faire plus de protéines cibles.

C. Comment classer les molécules de signal

1. Par type de cellule qui les fabrique et/ou emplacement cible. D'où viennent les signaux et où vont-ils ? (endocrinien, paracrine, etc. - document à ce sujet la prochaine fois.)

2. Par propriétés chimiques -- hydrophobe (soluble dans les lipides) ou hydrophile (soluble dans l'eau) ?

La prochaine fois : Détails de la signalisation : signaux, récepteurs, modes d'amplification et de transduction d'ampli


Unité IV : Régulation de l'expression génique - Biologie

L'expression génique fait référence au processus en plusieurs étapes qui aboutit finalement à la production d'un produit génique fonctionnel, soit un acide ribonucléique (ARN) soit une protéine. La première étape de l'expression des gènes, l'utilisation de l'acide désoxyribonucléique (ADN) pour la synthèse de l'ARN (transcription), est le principal site de régulation chez les procaryotes et les eucaryotes. Chez les eucaryotes, cependant, l'expression des gènes implique également des processus post-transcriptionnels et post-traductionnels étendus ainsi que des actions qui influencent l'accès à des régions particulières de l'ADN. Chacune de ces étapes peut être réglementée pour fournir un contrôle supplémentaire sur les types et les quantités de produits fonctionnels qui sont fabriqués.

Tous les gènes ne sont pas régulés. Par exemple, les gènes décrits comme constitutifs codent pour des produits nécessaires aux fonctions cellulaires de base et sont donc continuellement exprimés. Ils sont également connus sous le nom de gènes « de ménage ». Cependant, les gènes régulés ne sont exprimés que sous certaines conditions. Ils peuvent être exprimés dans toutes les cellules ou dans seulement un sous-ensemble de cellules, par exemple les hépatocytes. La capacité de réguler l'expression des gènes (c'est-à-dire de déterminer si, combien et quand des produits géniques particuliers seront fabriqués) donne à la cellule le contrôle de la structure et de la fonction. C'est la base de la différenciation cellulaire, de la morphogenèse et de l'adaptabilité de tout organisme. Le contrôle de l'expression des gènes est mieux compris chez les procaryotes, mais de nombreux thèmes sont répétés chez les eucaryotes. Graphique 32.1 énumère quelques stratégies courantes employées dans la régulation des gènes.

Graphique 32.1 Contrôle de l'expression des gènes. ARNm = ARN messager.

II. SÉQUENCES ET MOLÉCULES RÉGLEMENTAIRES

La régulation de la transcription, l'étape initiale de toute expression génique, est contrôlée par des séquences régulatrices d'ADN, généralement intégrées dans les régions non codantes du génome. L'interaction entre ces segments d'ADN et les molécules régulatrices, telles que les facteurs de transcription, peut engager ou réprimer la machinerie transcriptionnelle, influençant les types et les quantités de produits qui sont produits. Ces séquences d'ADN flanquant un gène sont appelées agissant en cis car elles n'influencent l'expression des gènes que sur le même chromosome (voir p. 423). Un facteur agissant en trans est la molécule régulatrice elle-même, qui peut transiter (diffuser) à travers la cellule de son site de synthèse à son site de liaison à l'ADN (Graphique 32.2). Par exemple, un facteur de transcription protéique (une molécule agissant en trans) qui régule un gène sur le chromosome 6 pourrait lui-même avoir été produit à partir d'un gène sur le chromosome 11. La liaison des protéines à l'ADN se fait par des motifs structuraux tels que le doigt de zinc (Graphique 32.3), fermeture à glissière leucine, ou hélice-tour-hélice dans la protéine. [Remarque : Certains facteurs agissant en trans peuvent affecter négativement l'expression des gènes.]

Graphique 32.2 Éléments agissant en cis et molécules agissant en trans. ARNm = ARN messager Pol II = ARN polymérase II.

III. RÉGULATION DE L'EXPRESSION DU GÈNE PROCARYOTIQUE

Chez les procaryotes tels que Escherichia coli (E. coli), la régulation de l'expression génique se produit principalement au niveau de la transcription et, en général, est médiée par la liaison des protéines agissant en trans à des éléments régulateurs agissant en cis sur leur seule molécule d'ADN (chromosome). [Remarque : La régulation de la première étape de l'expression d'un gène est une approche efficace, dans la mesure où l'énergie n'est pas gaspillée à fabriquer des produits génétiques inutiles.] Le contrôle de la transcription chez les procaryotes peut impliquer l'initiation ou la fin prématurée de la transcription.

A. Transcription d'ARN messager à partir d'opérons bactériens

Chez les bactéries, les gènes structurels qui codent pour les protéines impliquées dans une voie métabolique particulière sont souvent regroupés séquentiellement sur le chromosome avec les éléments régulateurs agissant en cis qui déterminent la transcription de ces gènes. Le produit de transcription est un seul ARN messager polycistronique (ARNm) (voir p. 418). Les gènes sont donc contrôlés de manière coordonnée (c'est-à-dire activés ou désactivés en tant qu'unité). L'ensemble de ce package est appelé opéron.

B. Rôle des opérateurs dans la transcription procaryote

Les opérons procaryotes contiennent un opérateur, un segment d'ADN qui régule l'activité des gènes de structure de l'opéron. Si l'opérateur n'est pas lié par une molécule répresseur, ARN polymérase passe sur l'opérateur et atteint les gènes codant pour les protéines qu'il transcrit en ARNm. Si une molécule de répresseur est liée à l'opérateur, le polymérase est bloqué et ne produit pas d'ARNm. Tant que le répresseur est lié à l'opérateur, aucune protéine n'est fabriquée. Cependant, lorsqu'une molécule inductrice est présente, elle se lie au répresseur, provoquant le changement de forme du répresseur de sorte qu'il ne se lie plus à l'opérateur. Lorsque cela se produit, le ARN polymérase peut procéder à la transcription. L'un des exemples les mieux compris est l'opéron lactose inductible de E. coli qui illustre à la fois la régulation positive et négative (Graphique 32.4).

C. L'opéron lactose

L'opéron lactose (lac) contient les gènes qui codent pour trois protéines impliquées dans le catabolisme du disaccharide lactose : lacZ codes génétiques pour &bêta-galactosidase, qui hydrolyse le lactose en galactose et glucose le de dentellecodes génétiques pour un imprégner, ce qui facilite le mouvement du lactose dans la cellule et la la CA codes génétiques pour thiogalactoside transacétylase, qui acétyle le lactose. [Remarque : La fonction physiologique de cette acétylation est inconnue.] Toutes ces protéines ne sont produites au maximum que lorsque le lactose est disponible pour la cellule et que le glucose ne l'est pas. [Remarque : Les bactéries utilisent le glucose, si disponible, comme carburant de préférence à tout autre sucre.] La partie régulatrice de l'opéron est en amont des trois gènes de structure et se compose de la région du promoteur où ARN polymérase se lie et deux sites supplémentaires, le site opérateur (O) et le site CAP, où les protéines régulatrices se lient. Les lacZ, de dentelle, et la CA les gènes ne sont exprimés que lorsque le site O est vide, et le site CAP est lié par un complexe d'adénosine monophosphate cyclique ([AMPc] voir p. 94) et la protéine activatrice de catabolite (CAP), parfois appelée protéine régulatrice d'AMPc (CRP ). Un gène régulateur, le lacI gène, code pour la protéine répresseur (un facteur agissant en trans) qui se lie au site O avec une affinité élevée. [Noter la lacI gène a son propre promoteur.]

Graphique 32.3 Le doigt de zinc (Zn) est un motif courant dans les protéines qui se lient à l'ADN. Cys = cystéine His = histidine.

Graphique 32.4 L'opéron lactose de E. coli. *[Remarque : Même lorsque l'opéron a été désactivé par la répression catabolique, le répresseur se dissocie transitoirement de l'opérateur à une vitesse lente, permettant un très faible niveau d'expression. La synthèse de quelques molécules de imprégner (et &bêta-galactosidase) permet à l'organisme de réagir rapidement en cas d'indisponibilité du glucose.] CAP = protéine activatrice de catabolite AMPc = ARNm d'adénosine monophosphate cyclique = ARN messager.

1. Lorsque seul le glucose est disponible : Dans ce cas, l'opéron lac est réprimé (éteint). La répression est médiée par la liaison de la protéine répresseur via un motif hélice-tour-hélice (Graphique 32.5) vers le site opérateur, situé en aval de la région promotrice (voir Figure 32.4A). La liaison du répresseur interfère avec la progression de ARN polymérase et bloque la transcription des gènes de structure. C'est un exemple de régulation négative.

2. Lorsque seul le lactose est disponible : Dans ce cas, l'opéron lac est induit (exprimé au maximum ou activé). Une petite quantité de lactose est convertie en un isomère, l'allolactose. Ce composé est un inducteur qui se lie à la protéine répresseur, changeant sa conformation pour qu'elle ne puisse plus se lier à l'opérateur. En l'absence de glucose, adénylylcyclase est actif, et des quantités suffisantes d'AMPc sont produites et se lient à la protéine CAP. Le complexe agissant en trans cAMP-CAP se lie au site CAP, provoquant ARN polymérase pour initier plus efficacement la transcription au site du promoteur (voir Figure 32.4B). C'est un exemple de régulation positive. Le transcrit est une seule molécule d'ARNm polycistronique qui contient trois ensembles de codons de départ et d'arrêt. La traduction de l'ARNm produit les trois protéines qui permettent au lactose d'être utilisé pour la production d'énergie par la cellule. [Remarque : Contrairement à l'inductible lacZ, de dentelle, et la CA gènes, dont l'expression est régulée, le lacI gène est constitutif. Son produit génique, la protéine répresseur, est toujours fabriqué et est actif à moins que l'inducteur ne soit présent.]

3. Lorsque le glucose et le lactose sont tous deux disponibles : Dans ce cas, la transcription de l'opéron lac est négligeable, même si le lactose est présent à une concentration élevée. Adénylylcyclase est inhibé en présence de glucose (un processus connu sous le nom de répression catabolique), donc aucun complexe AMPc-CAP ne se forme et le site CAP reste vide. ARN polymérase est, par conséquent, incapable d'initier efficacement la transcription, même si le répresseur peut ne pas être lié à la région de l'opérateur. Par conséquent, les trois gènes de structure de l'opéron ne sont pas exprimés (voir Figure 32.4C).

Graphique 32.5 Motif hélice-tour-hélice de la protéine répresseur lac.

Opéron D. Tryptophane

L'opéron tryptophane (trp) contient cinq gènes de structure qui codent pour les enzymes nécessaires à la synthèse de l'acide aminé, le tryptophane. Comme avec l'opéron lac, l'opéron trp est soumis à un contrôle négatif. Cependant, pour l'opéron trp répressible, le contrôle négatif comprend Trp lui-même se liant à une protéine répresseur et facilitant la liaison du répresseur à l'opérateur : Trp est un corépresseur. Parce que la répression par Trp n'est pas toujours complète, contrairement à l'opéron lac, l'opéron trp est également régulé par un processus appelé atténuation. Avec l'atténuation, la transcription est initiée mais se termine bien avant la fin (Graphique 32.6). Si Trp est abondant, l'initiation de la transcription qui a échappé à la répression par Trp est atténuée (arrêtée) par la formation à l'extrémité 5' de l'ARNm d'une structure en épingle à cheveux (tige-boucle) comme celle observée dans la terminaison rho-indépendante (voir p. 421 ). [Remarque : La transcription et la traduction sont liées dans le temps chez les procaryotes (voir p. 438) et, par conséquent, l'atténuation entraîne également la formation d'un produit peptidique tronqué et non fonctionnel qui est rapidement dégradé.] Si Trp devient rare, l'opéron est exprimé . L'extrémité 5' de l'ARNm contient deux codons adjacents pour Trp. L'absence de Trp provoque le blocage des ribosomes au niveau de ces codons, couvrant les régions de l'ARNm nécessaires à la formation de l'épingle à cheveux d'atténuation. Cela empêche l'atténuation et permet à la transcription de continuer.

Graphique 32.6 Atténuation de la transcription de l'opéron trp lorsque le tryptophane est abondant. ARNm = ARN messager.

Une atténuation transcriptionnelle peut se produire chez les procaryotes car la traduction d'un ARNm commence avant que sa synthèse ne soit terminée. Cela ne se produit pas chez les eucaryotes car la présence d'un noyau lié à la membrane sépare spatialement et temporellement la transcription et la traduction.

E. Coordination de la transcription et de la traduction chez les procaryotes

Alors que la régulation transcriptionnelle de la production d'ARNm est primaire chez les bactéries, la régulation au niveau de l'ARN ribosomique (ARNr) et de la synthèse des protéines se produit également et joue un rôle important dans la capacité du microbe à s'adapter au stress environnemental.

1. Réponse stricte : E. coli possède sept opérons qui synthétisent l'ARNr nécessaire à l'assemblage des ribosomes, et chacun est régulé en réponse aux changements des conditions environnementales. La régulation en réponse à la privation d'acides aminés est connue sous le nom de réponse stringente. La liaison d'un ARN de transfert non chargé (ARNt) au site A d'un ribosome (voir p. 436) déclenche une série d'événements qui conduisent à la production d'une guanosine polyphosphorylée, ppGpp.La synthèse de ce dérivé inhabituel du diphosphate de guanosine (GDP) est catalysée par facteur strict (RelA), une enzyme physiquement associée aux ribosomes. Des niveaux élevés de ppGpp entraînent une inhibition de la synthèse d'ARNr (Graphique 32.7). [Remarque : En plus de l'ARNr, la synthèse d'ARNt et certaines synthèses d'ARNm (par exemple, pour les protéines ribosomiques) sont également inhibées. Cependant, la synthèse d'ARNm pour les enzymes nécessaires à la biosynthèse des acides aminés n'est pas inhibée. ppGpp semble modifier la sélection du promoteur grâce à l'utilisation de différents facteurs sigma pour ARN polymérase (voir p.419.]

Graphique 32.7 Régulation de la transcription par la réponse stringente à la privation d'acides aminés. S = unité Svedberg.

2. Protéines ribosomiques régulatrices : Les opérons des protéines ribosomiques (protéines r) peuvent être inhibés par un excès de leurs propres produits protéiques. Pour chaque opéron, une protéine r spécifique fonctionne dans la répression de la traduction de l'ARNm polycistronique de cet opéron (Graphique 32.8). La protéine r le fait en se liant à la séquence Shine-Dalgarno (SD) située sur l'ARNm juste en amont du premier codon AUG initiateur (voir p. 439) et en agissant comme un obstacle physique à la liaison de la petite sous-unité ribosomique à la séquence SD. Une protéine r inhibe ainsi la synthèse de toutes les protéines r de l'opéron. Cette même protéine r se lie également à l'ARNr et avec une affinité plus élevée que pour l'ARNm. Si la concentration d'ARNr chute, la protéine r est alors disponible pour se lier à son propre ARNm et inhiber sa traduction. Cette régulation coordonnée maintient la synthèse des protéines r en équilibre avec la transcription de l'ARNr, de sorte que chacune est présente en quantités appropriées pour la formation de ribosomes.

Graphique 32.8 Régulation de la traduction par un excès de protéines ribosomiques. ARNm = ARN messager ARNr = ARN ribosomique r-protéine = protéine ribosomique.

IV. RÉGULATION DE L'EXPRESSION DU GÈNE EUCARYOTIQUE

Le degré plus élevé de complexité des génomes eucaryotes, ainsi que la présence d'une membrane nucléaire, nécessite un plus large éventail de processus de régulation. Comme chez les procaryotes, le site principal de régulation se situe au niveau de la transcription. Encore une fois, le thème des molécules à action trans se liant aux éléments à action cis est abordé. Cependant, les opérons ne sont généralement pas trouvés chez les eucaryotes, qui doivent utiliser des stratégies alternatives pour résoudre le problème de la régulation coordonnée de tous les gènes requis pour une réponse spécifique. Chez les eucaryotes, l'expression des gènes est également régulée à plusieurs niveaux autres que la transcription. Par exemple, les principaux modes de régulation post-transcriptionnelle au niveau de l'ARNm sont l'épissage alternatif de l'ARNm, le contrôle de la stabilité de l'ARNm et le contrôle de l'efficacité de la traduction. Une régulation supplémentaire au niveau de la protéine se produit par des mécanismes qui modulent la stabilité, la transformation ou le ciblage de la protéine.

Graphique 32.9 Contrôle combinatoire de la transcription.

A. Molécules agissant en trans

Les facteurs de transcription spécifiques sont des protéines de liaison à l'ADN agissant en trans qui fonctionnent comme des activateurs de la transcription. Ils ont au moins deux domaines de liaison : le domaine de liaison à l'ADN et le domaine d'activation de la transcription. Le domaine de liaison à l'ADN contient des motifs structuraux spécifiques, tels que les doigts de zinc (voir p. 450), qui se lient aux séquences consensus dans l'ADN. Le domaine d'activation de la transcription recrute d'autres protéines, telles que les facteurs de transcription généraux ([GTF] voir p.423) et les coactivateurs (par exemple, histone acétyltransférases [Chapeaux] voir p. 422). Ceux-ci facilitent la formation du complexe d'initiation de la transcription (ARN polymérase II plus les GTF) au niveau du promoteur, et ainsi activer la transcription (Graphique 32.9). La régulation est obtenue par la formation d'un complexe multiprotéique lié à l'ADN, avec des interactions protéine-protéine et protéine-ADN contrôlant l'assemblage du complexe. Bien que les domaines d'activation recrutent une variété de protéines, l'effet spécifique de n'importe laquelle d'entre elles dépend de la composition protéique du complexe. C'est ce qu'on appelle le contrôle combinatoire. [Remarque : Les protéines de liaison à l'ADN peuvent également inhiber la transcription.]

B. Éléments réglementaires cis-agissant

La nécessité de réguler de manière coordonnée un groupe de gènes pour provoquer une réponse particulière est d'une importance clé dans les organismes multicellulaires, y compris les humains. Un thème sous-jacent se répète : une protéine se lie à un élément de consensus régulateur sur chacun des gènes du groupe et affecte de manière coordonnée l'expression de ces gènes, même s'ils se trouvent sur des chromosomes différents. Par exemple, les éléments de réponse hormonale (HRE) sont des séquences d'ADN agissant en cis qui se lient aux facteurs protéiques agissant en trans et régulent l'expression des gènes en réponse aux signaux hormonaux. En général, les hormones se lient soit aux récepteurs intracellulaires (les hormones stéroïdes sont un exemple voir p. 240) soit aux récepteurs de la surface cellulaire (l'hormone peptidique glucagon est un exemple voir p. 314).

Figure 32.10 Régulation transcriptionnelle par les récepteurs intracellulaires des hormones stéroïdes. GRE = élément de réponse aux glucocorticoïdes (un exemple d'élément de réponse hormonale) GR = récepteur des glucocorticoïdes.

1. Signaux régulateurs médiés par les récepteurs intracellulaires : Les membres de la superfamille des récepteurs nucléaires, qui comprend les récepteurs des hormones stéroïdes (glucocorticoïdes, minéralocorticoïdes, androgènes et œstrogènes), de la vitamine D, de l'acide rétinoïque et des hormones thyroïdiennes, influencent tous directement l'expression des gènes en fonctionnant comme des facteurs de transcription spécifiques. Ces récepteurs contiennent donc un domaine de liaison à l'ADN et un domaine d'activation. Ils contiennent également un domaine de liaison au ligand. Par exemple, les hormones stéroïdes telles que le cortisol (un glucocorticoïde) se lient aux récepteurs intracellulaires solubles au niveau du domaine de liaison au ligand (Figure 32.10). La liaison provoque un changement de conformation du récepteur qui l'active. Le complexe récepteur-ligand pénètre dans le noyau, se dimérise et se lie via un motif à doigt de zinc à l'ADN nucléaire au niveau d'un élément régulateur agissant en cis, l'élément de réponse aux glucocorticoïdes (GRE), un exemple d'ERH. La liaison permet le recrutement de coactivateurs dans le domaine d'activation et entraîne une expression accrue des gènes sensibles au cortisol, dont chacun est sous le contrôle de son propre GRE. La liaison du complexe récepteur-hormone au GRE permet l'expression coordonnée d'un groupe de gènes cibles, même lorsque ces gènes sont situés sur des chromosomes différents. Le GRE peut être situé en amont ou en aval des gènes qu'il régule et est capable de fonctionner à de grandes distances de ces gènes. Le GRE peut alors fonctionner comme un véritable amplificateur (voir p. 424). [Remarque : s'ils sont associés à des corépresseurs, les complexes hormone-récepteur inhibent la transcription.]

2. Signaux régulateurs médiés par les récepteurs de la surface cellulaire : Les récepteurs de surface cellulaire comprennent ceux de l'insuline, de l'épinéphrine et du glucagon. Le glucagon, par exemple, est une hormone peptidique qui lie son récepteur membranaire plasmique couplé à la protéine G sur les cellules sensibles au glucagon. Ce signal extracellulaire est ensuite transduit en AMPc intracellulaire (Figure 32.11 regarde aussi Graphique 8.7 dans. 95), ce qui peut affecter l'expression (et l'activité) des protéines par protéine kinase A– phosphorylation médiée. En réponse à une augmentation de l'AMPc, un facteur agissant en trans (cAMP response element-binding protein [CREB]) est phosphorylé et activé. La protéine CREB active se lie via un motif leucine zipper à un élément régulateur agissant en cis, l'élément de réponse cAMP (CRE), entraînant la transcription de gènes cibles avec des CRE dans leurs promoteurs. [Remarque : Les gènes de phosphoénolpyruvate carboxykinase et glucose 6-phosphatase, enzymes clés de la néoglucogenèse (voir p. 117), sont des exemples de gènes régulés positivement par le système cAMP/CRE/CREB.]

Figure 32.11 Régulation transcriptionnelle par des récepteurs situés dans la membrane cellulaire. [Remarque : AMP cyclique active protéine kinase A qui phosphoryle la protéine de liaison à l'élément de réponse à l'AMPc (CREB).] CRE = élément de réponse à l'AMPc.

Figure 32.12 L'épissage alternatif spécifique au tissu produit plusieurs protéines apparentées, ou isoformes, à partir d'un seul gène.

C. Régulation par traitement de l'ARN messager

L'ARNm eucaryote subit plusieurs modifications avant d'être exporté du noyau vers le cytoplasme pour être utilisé dans la synthèse des protéines (voir p. 418). Le coiffage à l'extrémité 5', la polyadénylation à l'extrémité 3' et l'épissage sont des événements de transformation essentiels pour la production d'un messager eucaryote fonctionnel à partir de la plupart des pré-ARNm (voir p. 425), et les variations de ces événements peuvent affecter l'expression des gènes. De plus, la stabilité des messagers affecte également l'expression des gènes.

1. Choix du site d'épissure : Des isoformes de protéines spécifiques au tissu peuvent être fabriquées à partir du même pré-ARNm par un traitement cotranscriptionnel différentiel, en particulier l'utilisation de sites d'épissage alternatifs (Figure 32.12). Par exemple, la tropomyosine (TM) est une protéine de liaison au filament d'actine qui régule les fonctions de l'actine dans les cellules musculaires et non musculaires. Son pré-ARNm subit un épissage différentiel tissu-spécifique pour produire un certain nombre d'isoformes de la TM (voir p. 427).

Plus de 60 % des quelque 25 000 gènes du génome humain subissent un épissage différentiel. L'utilisation de sites alternatifs de polyadénylation et de début de transcription est également observée dans de nombreux gènes. Cela explique, au moins en partie, comment 25 000 gènes peuvent donner naissance à des centaines de milliers de protéines.

2. Édition de l'ARN messager : Même après que l'ARNm ait été complètement traité, il peut subir une modification post-transcriptionnelle supplémentaire dans laquelle une base de l'ARNm est altérée. C'est ce qu'on appelle l'édition d'ARN. Un exemple important chez l'homme est le transcrit de l'apolipoprotéine (apo) B, un composant essentiel des chylomicrons (voir p. 228) et des lipoprotéines de très basse densité ([VLDL] voir p. 231). L'ARNm de l'apo B est fabriqué dans le foie et l'intestin grêle. Cependant, dans l'intestin uniquement, le résidu C dans le codon CAA pour la glutamine est désaminé en U, changeant le codon sens en un codon non-sens ou stop (UAA), comme indiqué dans Figure 32.13. Cela se traduit par une protéine plus courte (apo B-48, représentant 48% du message) fabriquée dans l'intestin (et incorporée dans les chylomicrons) que dans le foie (apo B-100, pleine longueur, incorporée dans les VLDL) .

Figure 32.13 Édition d'ARN de l'apolipoprotéine (apo) B dans l'intestin et génération de la protéine apo B-48 nécessaire à la synthèse des chylomicrons. Gln = ARNm de glutamine = ARN messager.

3. Stabilité de l'ARN messager : La durée pendant laquelle un ARNm reste dans le cytosol avant qu'il ne soit dégradé influence la quantité de produit protéique pouvant être produite à partir de celui-ci. La régulation du métabolisme du fer et le processus de silençage génique de l'interférence ARN illustrent l'importance de la stabilité de l'ARNm dans la régulation de l'expression génique.

une. Métabolisme du fer : La transferrine est une protéine plasmatique qui transporte le fer. La transferrine se lie aux récepteurs de la surface cellulaire (récepteurs de la transferrine [TfR]) qui sont internalisés et fournissent du fer aux cellules, telles que les érythroblastes. L'ARNm du TfR a plusieurs éléments cis-réactifs au fer (IRE) à son extrémité 3. Les IRE ont une structure tige-boucle courte qui peut être liée par des protéines régulatrices du fer agissant en trans ([IRP] Figure 32.14). Lorsque la concentration en fer dans la cellule est faible, les IRP se lient aux 3-IRE et stabilisent l'ARNm pour TfR, permettant la synthèse de TfR. Lorsque les niveaux de fer intracellulaire sont élevés, les IRP sont dégradés. L'absence d'IRP liées à l'ARNm accélère sa destruction, entraînant une diminution de la synthèse de TfR. [Remarque : L'ARNm de l'apoferritine, une protéine intracellulaire de stockage du fer, a un seul IRE à son extrémité 5'. Lorsque les niveaux de fer dans la cellule sont faibles, les IRP se lient au 5ʹ-IRE et empêchent l'utilisation de l'ARNm, et moins d'apoferritine est produite. Lorsque le fer s'accumule dans la cellule, l'IRP se dégrade, permettant la synthèse de molécules d'apoferritine pour stocker l'excès de fer. ALAS2, l'enzyme régulée de la synthèse de l'hème (voir p. 279) dans les érythroblastes, contient également un 5-IRE.]

Figure 32.14 Régulation de la synthèse des récepteurs de transferrine (TfR). IRP = protéine régulatrice du fer. [Remarque : Les IRE sont situés dans la 3'UTR (région non traduite) de l'ARNm de TfR.]

b. Interférence ARN : L'interférence ARN (ARNi) est un mécanisme de silençage génique par diminution de l'expression de l'ARNm, soit par répression de la traduction, soit par dégradation accrue. On pense qu'il joue un rôle clé dans des processus fondamentaux tels que la prolifération, la différenciation et l'apoptose cellulaires. L'ARNi est médiée par un court (

22 pb), des ARN non codants appelés microARN (miARN), qui proviennent de transcrits nucléaires beaucoup plus longs, codés génomiquement, des miARN primaires (pri-miARN) qui sont partiellement transformés dans le noyau en pré-miARN par un endonucléase (Drocha) puis transporté dans le cytoplasme. Là, un endonucléase (Dés) achève le traitement et génère un court miARN double brin. Un seul brin (le guide ou brin antisens) du miARN s'associe à un complexe protéique cytosolique connu sous le nom de complexe de silençage induit par l'ARN (RISC). Le brin guide s'hybride avec une séquence complémentaire sur un ARNm cible de pleine longueur, apportant RISC à l'ARNm. Cela peut entraîner une répression de la traduction de l'ARNm ou sa dégradation par un endonucléese (Argonaute/Ago/Slicer) du RISC. Le degré de complémentarité apparaît comme le facteur déterminant (Figure 32.15). L'ARNi peut également être déclenché par des ARN interférents courts double brin (ARNsi) introduits dans une cellule à partir de sources exogènes. [Remarque : Chez les vertébrés, la fonction des siARN qui peuvent provenir de sources endogènes n'est pas claire.]

Figure 32.15 Biogenèse et actions des miARN. [Remarque : L'étendue de la complémentarité entre l'ARN messager cible (ARNm) et le microARN (miARN) détermine le résultat final.] RISC = complexe de silençage induit par l'ARN.

1) Thérapie basée sur l'interférence ARN : La modulation de l'expression des gènes en fournissant des siARN pour déclencher l'ARNi a un énorme potentiel thérapeutique. Le premier essai clinique de thérapie basée sur l'ARNi a impliqué des patients atteints de la forme néovasculaire de la dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA), une des principales formes de cécité chez l'adulte. La DMLA néovasculaire est déclenchée par une surproduction de facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGF), entraînant la formation de vaisseaux sanguins en excès derrière la rétine. Les vaisseaux fuient, obscurcissent et détruisent souvent entièrement la vision (par conséquent, la DMLA néovasculaire est également appelée dégénérescence maculaire «humide»). Un siRNA conçu pour cibler l'ARNm du VEGF et favoriser sa dégradation a fait l'objet d'essais cliniques. Bien que des efforts et des ressources considérables aient été déployés pour développer des thérapies basées sur l'ARNi, en particulier pour le traitement du cancer, aucun produit n'est passé des essais au marché. Le développement a été entravé par les problèmes de livraison ciblée et de stabilité. L'utilisation de vecteurs de taille nanométrique tels que les liposomes peut éliminer ces problèmes. Les applications de recherche de l'ARNi, cependant, se sont développées rapidement.

4. Traduction de l'ARN messager : La régulation de l'expression des gènes peut également se produire au niveau de la traduction. Un mécanisme par lequel la traduction est régulée est la phosphorylation du facteur d'initiation de la traduction eucaryote, eIF-2 (Figure 32.16). La phosphorylation d'eIF-2 inhibe sa fonction et donc inhibe la traduction à l'étape d'initiation (voir p. 443). [Remarque : La phosphorylation d'eIF-2 empêche sa réactivation en inhibant l'échange GDP-GTP.] La phosphorylation est catalysée par kinases qui sont activés en réponse à des conditions environnementales, telles que la privation d'acides aminés, la carence en hème dans les érythroblastes, la présence d'ARN double brin (signalant une infection virale) et l'accumulation de protéines mal repliées dans le réticulum endoplasmique rugueux.

Figure 32.16 Régulation de l'initiation de la traduction chez les eucaryotes par phosphorylation du facteur d'initiation de la traduction eucaryote, eIF-2. RER = réticulum endoplasmique rugueux ADP = adénosine diphosphate Pje = phosphate inorganique.

D. Régulation par des modifications de l'ADN

L'expression des gènes chez les eucaryotes est également influencée par la disponibilité de l'ADN pour l'appareil transcriptionnel, la quantité d'ADN et la disposition de l'ADN. [Remarque : Les transitions localisées entre les formes B et Z de l'ADN (voir p. 398) peuvent également affecter l'expression des gènes.]

1. Accès à l'ADN : Chez les eucaryotes, l'ADN se trouve complexé avec des protéines histones et non histones pour former la chromatine (voir p. 409). La chromatine décondensée (euchromatine) active sur le plan de la transcription diffère de la forme inactive plus condensée (hétérochromatine) à plusieurs égards. La chromatine active contient des protéines histones qui ont été modifiées de manière covalente à leurs extrémités amino-terminales par acétylation ou phosphorylation (voir p. 422 pour une discussion sur l'acétylation/désacétylation des histones par le histone acétyltransférase et histone désacétylase enzymes). De telles modifications diminuent la charge positive de ces protéines basiques, diminuant ainsi la force de leur association avec l'ADN chargé négativement. Cela détend le nucléosome (voir p. 409), permettant aux facteurs de transcription d'accéder à des régions spécifiques de l'ADN. Les nucléosomes peuvent également être repositionnés, un processus nécessitant de l'ATP appelé remodelage de la chromatine. Une autre différence entre la chromatine transcriptionnellement active et inactive est l'étendue de la méthylation des bases de cytosine dans les régions riches en CG (îlots CpG) dans la région promotrice de nombreux gènes. La méthylation se fait par méthyltransférases qui utilisent la S-adénosylméthionine comme donneur de méthyle (Graphique 32.17). Les gènes transcriptionnellement actifs sont moins méthylés (hypométhylés) que leurs homologues inactifs, ce qui suggère que l'hyperméthylation de l'ADN fait taire l'expression des gènes. [Remarque : La modification des histones et la méthylation de l'ADN sont épigénétiques. Ce sont des modifications héréditaires de l'ADN qui modifient l'expression des gènes sans modifier la séquence de bases.]

Graphique 32.17 La méthylation de la cytosine dans l'ADN eucaryote. SAM = S-adénosylméthionine SAH = S-adénosylhomocystéine.

2. Quantité d'ADN : Un changement vers le haut ou vers le bas dans le nombre de copies d'un gène peut affecter la quantité de produit génique produite. Une augmentation du nombre de copies (amplification génique) a contribué à l'augmentation de la complexité génomique et est toujours un processus de développement normal chez certaines espèces non mammifères. Chez les mammifères, cependant, une amplification génique est observée avec certaines maladies et en réponse à des médicaments chimiothérapeutiques particuliers tels que le méthotrexate, un inhibiteur de l'enzyme dihydrofolate réductase (DHFR), nécessaire à la synthèse du thymidine triphosphate (TTP) dans la voie de biosynthèse des pyrimidines (voir p. 304). Le TTP est essentiel à la synthèse de l'ADN. L'amplification génique entraîne une augmentation du nombre de DHFR gènes et résistance au médicament, permettant la fabrication du TTP.

Figure 32.18 Réarrangements de l'ADN dans la génération d'immunoglobulines. V= variable D = diversité J = jointure.

3. Disposition de l'ADN : Le processus par lequel les immunoglobulines (anticorps) sont produites par les lymphocytes B implique des réarrangements permanents de l'ADN dans ces cellules.Les immunoglobulines (par exemple, IgG) sont constituées de deux chaînes légères et de deux chaînes lourdes, chaque chaîne contenant des régions de séquence d'acides aminés variable et constante. La région variable est le résultat de la recombinaison somatique de segments à la fois dans les gènes des chaînes légères et lourdes. Au cours du développement des lymphocytes B, des segments de gènes à variable unique (V), à diversité (D) et à jonction (J) sont réunis par réarrangement génique pour former une région variable unique (Figure 32.18). Ce processus permet la génération de 10 9 –10 11 immunoglobulines différentes à partir d'un seul gène, offrant la diversité nécessaire à la reconnaissance d'un nombre énorme d'antigènes. [Remarque : Le passage de la forme liée à la membrane à la forme sécrétée des immunoglobulines implique le choix du site poly-A (voir p. 426).]

4. Éléments d'ADN mobiles : Les transposons (Tns) sont des segments mobiles d'ADN qui se déplacent de manière essentiellement aléatoire d'un site à un autre sur le même chromosome ou sur un chromosome différent. Le mouvement est médiatisé par transposer, une enzyme codée par la Tn elle-même. Le mouvement peut être direct, dans lequel transposer découpe puis insère le Tn sur un nouveau site, ou réplicatif, dans lequel le Tn est copié et la copie insérée ailleurs tandis que l'original reste en place. Chez les eucaryotes, y compris les humains, la transposition réplicative implique fréquemment un ARN intermédiaire, auquel cas le Tn est appelé rétrotransposon (voir p. 408). La transposition a contribué à la variation structurelle du génome, mais a également le potentiel de modifier l'expression des gènes et même de provoquer des maladies. Bien que la grande majorité des rétrotransposons du génome humain aient perdu la capacité de se déplacer, certains sont toujours actifs. Leur transposition serait à l'origine de quelques rares cas d'hémophilie A et de dystrophie musculaire de Duchenne. [Remarque : Le problème croissant des bactéries résistantes aux antibiotiques est une conséquence, au moins en partie, de l'échange de plasmides entre les cellules bactériennes. Si les plasmides contiennent des Tns porteurs de gènes de résistance aux antibiotiques, la bactérie receveuse acquiert une résistance à un ou plusieurs médicaments antimicrobiens.]

V. RÉSUMÉ DU CHAPITRE

L'expression génique entraîne la production d'un produit génique fonctionnel (soit ARN ou protéine) par le biais des processus de réplication, transcription et traduction (Figure 32.19). Gènes peut être soit constitutif (toujours exprimé, gènes de ménage) ou réglementé (exprimé uniquement sous certaines conditions dans toutes les cellules ou dans un sous-ensemble de cellules). La capacité de s'adapter de manière appropriée Express (régulation positive) ou réprimer (régulation négative) est essentiel dans tous les organismes. Régulation de l'expression des gènes se produit principalement au niveau de transcription à la fois procaryotes et eucaryotes et est médiatisé par le obligatoire de des protéines agissant en trans aux éléments régulateurs agissant en cis sur l'ADN. Dans eucaryotes, la régulation passe aussi par modifications de l'ADN ainsi qu'à travers post-transcriptionnel et événements post-traductionnels. Dans procaryotes, tel que E. coli, la régulation coordonnée des gènes dont les produits protéiques sont requis pour un processus particulier est réalisée par opérons (groupes de gènes disposés séquentiellement sur le chromosome avec les éléments régulateurs qui déterminent leur transcription). Les lac opéron contient le Z, Oui, et UNE gènes de structure, dont les produits protéiques sont nécessaires au catabolisme du lactose. Il est soumis à une régulation négative et positive. Lorsque le glucose est disponible, les l'opéron est réprimé par la liaison du protéine répresseur (le produit de la lacI gène) au opérateur, empêchant ainsi la transcription. Lorsque seul le lactose est présent, les l'opéron est induit par un isomère du lactose (allolactose) qui lie la protéine répresseur, l'empêchant de se lier à l'opérateur. En outre, AMP cyclique se lie à la protéine activatrice de catabolite (CAP), et le complexe lie l'ADN au site PAC. Cette augmente l'efficacité du promoteur et aboutit à l'expression des gènes de structure par la production d'un ARN messager polycistronique (ARNm). Lorsque les deux le glucose et le lactose sont présents, le glucose empêche la formation d'AMPc et transcription de ces gènes est négligeable. Les opéron trp contient des gènes nécessaires à la synthèse du tryptophane (Trp) et, comme l'opéron lac, il est régulé par contrôle négatif. Contrairement à l'opéron lac, il est également régulé par l'atténuation, dans laquelle la synthèse d'ARNm qui a échappé à la répression par Trp est terminée avant son achèvement. Transcription de ribosomique ARN et transférer l'ARN est sélectivement inhibé chez les procaryotes par le réponse rigoureuse à la privation d'acides aminés. Traduction est aussi un site de régulation des gènes procaryotes: Les protéines ribosomiques en excès se lient à la séquence Shine-Dalgarno sur leur propre ARNm polycistronique, empêchant les ribosomes de se lier. Régulation des gènes est plus complexe chez les eucaryotes. Opérons sont généralement pas présent, mais coordonner la régulation de la transcription de gènes situés sur différents chromosomes peut être réalisée grâce à la liaison de protéines agissant en trans à des éléments agissant en cis. Dans Organismes multicellulaires, les hormones pouvez provoquer une régulation coordonnée, soit par le obligatoire du complexe récepteur hormonal-hormone à l'ADN (comme avec les hormones stéroïdes) ou par le liaison d'une protéine qui est activé dans réponse à un deuxième messager (comme avec le glucagon). Dans chaque cas, la liaison à l'ADN est médiée par des motifs structuraux tels que le doigt de zinc. Régulation co- et post-transcriptionnelle se voit aussi dans eucaryotes et comprend choix du site d'épissure, choix du site polyA, édition d'ARNm, et les variations de stabilité de l'ARNm comme on le voit avec la synthèse des récepteurs de la transferrine et avec ARN interférence. Régulation au niveau translationnel peut être causé par le phosphorylation et inhibition du facteur d'initiation eucaryote, eIF-2. L'expression des gènes chez les eucaryotes est également influencée par la disponibilité de l'ADN pour l'appareil transcriptionnel, la quantité d'ADN et la disposition de l'ADN. Changements épigénétiques aux protéines histones et à l'ADN influencent également l'expression des gènes.

Questions d'étude

Choisissez la meilleure réponse.

32.1 Laquelle des mutations suivantes est la plus susceptible d'entraîner une expression réduite de l'opéron lac ?

A. cya – (pas d'adénylyl cyclase produite)

B. i – (pas de protéine répresseur fabriquée)

C. O c (l'opérateur ne peut pas lier la protéine répresseur)

D. Un entraînant une altération fonctionnelle du transport du glucose

Bonne réponse = A. En l'absence de glucose, l'adénylyl cyclase produit de l'AMP cyclique, qui forme un complexe avec la protéine activatrice de catabolite (CAP). Le complexe cAMP-CAP se lie au site CAP sur l'ADN, ce qui permet à l'ARN polymérase de se lier plus efficacement au promoteur de l'opéron lac, augmentant ainsi l'expression de l'opéron. Avec les mutations cya -, l'adénylyl cyclase n'est pas produite et l'opéron ne peut donc pas être activé même en l'absence de glucose et de lactose. L'absence d'une protéine répresseur ou une diminution de la capacité du répresseur à se lier à l'opérateur entraîne une expression constitutive (constante) de l'opéron lac.

Figure 32.19 Résumé des concepts clés pour la régulation de l'expression des gènes. GRE = élément de réponse aux glucocorticoïdes ppGpp = guanosine polyphosphorylée r-protéine = protéine ribosomique Séquence SD = séquence Shine-Dalgarno ARNi = ARN interférence eIF-2 = facteur d'initiation eucaryote 2.

32.2 Lequel des énoncés suivants est le mieux décrit comme cis agissant ?

A. Protéine de liaison à l'élément de réponse AMP cyclique

D. Récepteur nucléaire de l'hormone thyroïdienne

Bonne réponse = B. L'opérateur fait partie de l'ADN lui-même, tout comme le cis agissant. La protéine de liaison à l'élément de réponse cAMP, la protéine répresseur et la protéine du récepteur nucléaire de l'hormone thyroïdienne sont des molécules qui transitent vers l'ADN, se lient et affectent l'expression de cet ADN et agissent donc en trans.

32.3 Lequel des énoncés suivants est à la base de l'expression spécifique de l'intestin de l'apolipoprotéine B-48 ?

A. Réarrangement et perte d'ADN

C. Épissage alternatif d'ARN

Bonne réponse = D. La production d'apolipoprotéine (apo) B-48 dans l'intestin et d'apoB-100 dans le foie est le résultat de l'édition d'ARN dans l'intestin, où un codon sens est transformé en un codon non-sens par désamination post-transcriptionnelle de la cytosine en uracile. Le réarrangement et la transposition de l'ADN, ainsi que l'interférence ARN et l'épissage alternatif, modifient l'expression des gènes mais ne sont pas à la base de la production spécifique d'apoB-48.

32.4 Lequel des énoncés suivants est le plus susceptible d'être vrai dans l'hémochromatose, une maladie de l'accumulation de fer ?

A. L'ARNm du récepteur de la transferrine (TfR) est stabilisé par la liaison des protéines régulatrices du fer à 3 éléments sensibles au fer.

B. L'ARNm du récepteur de la transferrine n'est pas lié aux protéines régulatrices du fer et est dégradé.

C. L'ARNm de l'apoferritine n'est pas lié par les protéines régulatrices du fer au niveau de son élément 5 sensible au fer et est traduit.

D. L'ARNm de l'apoferritine est lié aux protéines régulatrices du fer et n'est pas traduit.

E. B et C sont corrects.

Bonne réponse = E. Lorsque les niveaux de fer dans le corps sont élevés, comme c'est le cas avec l'hémochromatose, il y a une augmentation de la synthèse de la molécule de stockage du fer, l'apoferritine, et une diminution de la synthèse du récepteur de la transferrine (TfR) qui régule l'absorption du fer par les cellules. Ces effets sont le résultat de protéines régulatrices du fer à action trans liant des éléments sensibles au fer à action cis, entraînant une dégradation de l'ARNm pour TfR et une traduction accrue de l'ARNm pour l'apoferritine.

32.5 Les patientes atteintes d'un cancer du sein à récepteurs d'œstrogènes positifs (répondant aux hormones) peuvent être traitées avec le médicament tamoxifène, qui se lie au récepteur nucléaire des œstrogènes sans l'activer. Lequel des énoncés suivants est le résultat le plus logique de l'utilisation du tamoxifène ?

A. Augmentation de l'acétylation des gènes sensibles aux œstrogènes

B. Augmentation de la croissance des cellules cancéreuses du sein positives pour les récepteurs des œstrogènes

C. Augmentation de la production d'AMP cyclique

D. Inhibition de l'opéron oestrogène

E. Inhibition de la transcription des gènes sensibles aux œstrogènes

Bonne réponse = E. Tamoxifène est en compétition avec les œstrogènes pour se lier au récepteur nucléaire des œstrogènes. Le tamoxifène ne parvient pas à activer le récepteur, empêchant sa liaison aux séquences d'ADN qui régulent positivement l'expression des gènes sensibles aux œstrogènes. Le tamoxifène, alors, bloque les effets favorisant la croissance de ces gènes et entraîne une inhibition de la croissance des cellules cancéreuses du sein dépendantes des œstrogènes. L'acétylation augmente la transcription en relaxant le nucléosome. L'AMP cyclique est un signal régulateur médié par la surface cellulaire plutôt que par les récepteurs nucléaires. Les cellules de mammifères n'ont pas d'opérons.

32.6 La région ZYA de l'opéron lac sera exprimée au maximum si :

A. les niveaux d'AMP cyclique sont faibles.

B. le glucose et le lactose sont tous deux disponibles.

C. la tige-boucle d'atténuation peut se former.

D. le site CAP est occupé.

Bonne réponse = D. Ce n'est que lorsque le glucose a disparu, que les taux d'AMP cyclique sont augmentés, que le complexe AMPc-catabolite activator protein (CAP) est lié au site CAP et que le lactose est disponible que l'opéron est exprimé au maximum (induit). Si du glucose est présent, l'opéron est désactivé en raison de la répression des catabolites. L'opéron lac n'est pas régulé par l'atténuation, un mécanisme permettant de diminuer la transcription dans certains opérons tels que l'opéron tryptophane.

32.7 L'inactivation du chromosome X est un processus par lequel l'un des deux chromosomes X chez les femmes humaines est condensé et inactivé pour empêcher la surexpression des gènes liés à l'X. Qu'est-ce qui serait probablement vrai concernant le degré de méthylation de l'ADN et d'acétylation des histones sur le chromosome X inactivé ?

Les cytosines des îlots CG seraient hyperméthylées et les protéines histones seraient désacétylées. Les deux conditions sont associées à une diminution de l'expression des gènes, et les deux sont importantes dans le maintien de l'inactivation de X.

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Mécanismes moléculaires dans le contrôle de l'expression des gènes

Molecular Mechanisms in the Control of Gene Expression documente les actes de la conférence ICN-UCLA sur les mécanismes moléculaires dans le contrôle de l'expression génique, organisée par le Molecular Biology Institute of UCLA, tenue à Keystone, Colorado, du 21 au 26 mars 1976. La conférence s'est concentré sur trois sujets : l'action des répresseurs sur des séquences nucléotidiques spécifiques dans l'ADN, comment l'ADN et les histones sont entrelacés dans les chromosomes eucaryotes et dans le développement de nouvelles techniques qui semblent extraire des gènes de génomes complexes. Le volume contient 65 chapitres organisés en neuf parties. Les articles de la première partie examinent l'organisation des chromosomes procaryotes et eucaryotes. La partie II présente des études sur l'interaction de l'ARN polymérase et des molécules régulatrices avec des sites d'ADN définis. Les parties III et IV se concentrent respectivement sur les ARN polymérases des eucaryotes et la régulation de la transcription dans les systèmes eucaryotes. La partie V contient des articles traitant des séquences d'acides nucléiques, de la transcription et du traitement. La partie VI couvre les aspects cellulaires dans l'étude de l'expression des gènes. La partie VII traite du clonage tandis que la partie VIII est consacrée à l'analyse génétique par cartographie de restriction et clonage moléculaire. Enfin, la partie IX résume les progrès récents rapportés lors de la conférence et indique également certaines des limites qui peuvent être imposées à l'interprétation des données.

Molecular Mechanisms in the Control of Gene Expression documente les actes de la conférence ICN-UCLA sur les mécanismes moléculaires dans le contrôle de l'expression génique, organisée par le Molecular Biology Institute of UCLA, tenue à Keystone, Colorado, du 21 au 26 mars 1976. La conférence s'est concentré sur trois sujets : l'action des répresseurs sur des séquences nucléotidiques spécifiques dans l'ADN, comment l'ADN et les histones sont entrelacés dans les chromosomes eucaryotes et dans le développement de nouvelles techniques qui semblent extraire des gènes de génomes complexes. Le volume contient 65 chapitres organisés en neuf parties. Les articles de la première partie examinent l'organisation des chromosomes procaryotes et eucaryotes. La partie II présente des études sur l'interaction de l'ARN polymérase et des molécules régulatrices avec des sites d'ADN définis. Les parties III et IV se concentrent respectivement sur les ARN polymérases des eucaryotes et la régulation de la transcription dans les systèmes eucaryotes. La partie V contient des articles traitant des séquences d'acides nucléiques, de la transcription et du traitement. La partie VI couvre les aspects cellulaires dans l'étude de l'expression des gènes. La partie VII traite du clonage tandis que la partie VIII est consacrée à l'analyse génétique par cartographie de restriction et clonage moléculaire. Enfin, la partie IX résume les progrès récents rapportés lors de la conférence et indique également certaines des limites qui peuvent être imposées à l'interprétation des données.


Biochimie médicale

Complètement mis à jour et dans un nouveau format bicolore, ce texte très respecté présente les principes fondamentaux de la biochimie et des sujets connexes aux étudiants poursuivant un cours d'un ou deux semestres en biochimie prémédicale ou en médecine. La deuxième édition est également applicable à d'autres domaines liés à la santé tels que la chimie clinique, la technologie médicale ou la pharmacologie. La biochimie médicale, quatrième édition, se concentre sur les fondements et les applications cliniquement pertinentes de la biochimie et de la pathologie humaines normales. Abondamment illustré de planches en quadrichromie. Les chapitres révisés sur la biologie moléculaire reflètent les dernières recherches dans le domaine.

Eau, acides, bases et tampons. -- Acides aminés. -- Isolement des protéines et détermination de la séquence des acides aminés. -- Structure tridimensionnelle des protéines. -- Thermodynamique, cinétique chimique et métabolisme énergétique. -- Enzymes I : propriétés générales, cinétique et inhibition. -- Enzymes II : Régulation. -- Enzymes III : Applications cliniques. -- Glucides simples. -- Hétéropolysaccharides I : Glycoprotéines et glycolipides. -- Hétéropolysaccharides II : protéoglycanes et peptidoglycanes. -- Digestion et absorption gastro-intestinales. -- Métabolisme des glucides I : Glycolyse et cycle du TCA. -- Transport d'électrons et phosphorylation oxydative. -- Métabolisme des glucides II : néoglucogenèse, synthèse et dégradation du glycogène et voies alternatives. -- Métabolisme des glucides III : glycoprotéines, glycolipides, protéoglycanes et peptidoglycanes. -- Protéines et métabolisme des acides aminés. -- Lipides I : Acides Gras et Eicosanoïdes. -- Lipides II : Phospholipides, Glycosphingolipides et Cholestérol. -- Lipides III : lipoprotéines plasmatiques. -- Systèmes contractiles musculaires et non musculaires. -- L'homéostasie métabolique. -- Biologie moléculaire I : Structure et propriétés des acides nucléiques-ADN. -- Biologie moléculaire II : réplication, réparation et mutagenèse de l'ADN. -- Biologie Moléculaire III : Synthèse d'ARN et de protéines. -- Biologie moléculaire IV : Régulation de l'expression génique. -- Métabolisme des nucléotides. -- Hémoglobine. -- Métabolisme de l'hème. -- Métabolisme endocrinien I : Introduction. -- Métabolisme endocrinien II : Hypothalamus et hypophyse. -- Métabolisme endocrinien III : Glandes surrénales. -- Métabolisme endocrinien IV : Glande thyroïde. -- Métabolisme endocrinien V : Système reproducteur. -- Immunologie moléculaire. -- Coagulation sanguine et fibrinolyse. -- Métabolisme minéral. -- Métabolisme des vitamines. -- Eau, électrolytes et équilibre acido-basique

Comprend des références bibliographiques et un index

Ch. 1. Eau, acides, bases et tampons -- Chap. 2. Acides aminés -- Ch. 3. Isolement des protéines et détermination de la séquence d'acides aminés -- Ch. 4. Structure tridimensionnelle des protéines -- Ch. 5. Thermodynamique, cinétique chimique et métabolisme énergétique -- Ch. 6. Enzymes I : propriétés générales, cinétique et inhibition -- Ch. 7. Enzymes II : régulation -- Ch. 8. Enzymes III : applications cliniques -- Ch. 9. Glucides simples -- Chap. 10. Hétéropolysaccharides I : glycoprotéines et glycolipides -- Ch. 11. Hétéropolysaccharides II : protéoglycanes et peptidoglycanes -- Ch. 12. Digestion et absorption gastro-intestinales -- Ch. 13. Métabolisme des glucides I : glycolyse et cycle du TCA -- Ch. 14. Transport d'électrons et phosphorylation oxydative -- Ch. 15. Métabolisme des glucides II : néoglucogenèse, synthèse et dégradation du glycogène et voies alternatives -- Ch. 16. Métabolisme des glucides III : glycoprotéines, glycolipides, ancres GPI, protéoglycanes et peptidoglycanes -- Ch. 17. Métabolisme des protéines et des acides aminés -- 18. Lipides I : acides gras et eicosanoïdes -- Ch. 19. Lipides II : phospholipides, glycosphingolipides et cholestérol

Ch. 20. Lipides III : lipoprotéines plasmatiques -- Ch. 21. Systèmes contractiles musculaires et non musculaires -- Ch. 22. Homéostasie métabolique -- Ch. 23.Structure des acides nucléiques et propriétés de l'ADN -- Ch. 24. Réplication, réparation et mutagenèse de l'ADN -- Ch. 25. Synthèse d'ARN et de protéines -- Ch. 26. Régulation de l'expression des gènes -- Ch. 27. Métabolisme des nucléotides -- Ch. 28. Hémoglobine -- Ch. 29. Métabolisme du fer et de l'hème -- Ch. 30. Métabolisme endocrinien I : introduction -- Ch. 31. Métabolisme endocrinien II : hypothalamus et hypophyse -- Ch. 32. Métabolisme endocrinien III : Glandes surrénales -- Ch. 33. Métabolisme endocrinien IV : glande thyroïde -- Ch. 34. Métabolisme endocrinien V : système reproducteur -- Ch. 35. Immunologie moléculaire -- Ch. 36. Biochimie de l'hémostase -- Ch. 37. Métabolisme minéral -- Ch. 38. Métabolisme des vitamines -- Chap. 39. Eau, électrolytes et équilibre acido-basique


Voir la vidéo: La régulation de lexpression des gènes (Janvier 2023).